JPS6333601A - 非磁性体材料内に埋設された強磁性物体の測定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は非磁性体材料内に埋設された強磁性物体の測定
、特に鉄筋の直径とコンクリート被覆の厚さを、磁場に
対する強磁性物体の影ツを検出し処理する測定方法と該
方法を実施するための装置とに関する。

（従来の技術及び解決すべき問題点） ＥＰ−ＡＩ−００８０６７６はコンクリート被覆の厚さ
の決定のための検査装置を記載しているが、該装置によ
れば鉄筋コンクリート構造物またはコンクリート部分の
検査時に指定のコンクリート被覆の厚さが遵守されてい
るかを決定できる。公知の検査装置ではコンクリート被
覆厚さの決定のために、強磁性物体部分への距離に債存
して変化する永久磁石または永久磁石システムの吸引力
が使用される。しかしこのためには該検査装置は予め指
定のコンクリート被覆厚さに対して校正されねばならな
い。このため、該検査装置の操作は不安定となり大きな
誤差が伴なう。

更に、並列共振回路のインピーダンスの原理に基づいて
作動するコクリート被覆の厚さ測定装置および鉄筋の直
径の測定装置が知られている。

これらの装器においてはある周波数の交流がピックアッ
プコイルに流され、該コイルによって交番磁場が生成さ
れる。この交番磁場の有効領域にある金属物体は、被覆
の厚さと鉄筋直径に依存してコイル電圧に変化を生じる
。未知の鉄筋直径の場合、例えば、プロセー２りＳ、Ａ
、社（チューリッヒ）の説明書にあるような鉄筋測定装
置においては、大きな測定誤差が発生する。鉄筋直径が
既知であれば磁気抵抗測定によって被覆の厚さを測定す
ることも可使である。経験的校正による渦電流抵抗測定
では鋼中の透磁率が大きく変化するために問題がある。

以上の技術的状況から、本発明の目的は校正部材または
比較部材を必要とせずに被覆の厚さと鉄筋直径とを決定
可使とする方法および装置を提供することである。

（発明の構成） 上記［１的は本発明に従って下記の特徴を有する冒頭に
記載のタイプの方法によって達成される。

該方法はコンクリート内の鉄筋の直径およびコンクリー
ト被覆の厚さの測定等のための非磁性体材料内に埋設さ
れた強磁性物体の測定方法であって、磁場に対する強磁
性物体の影響を検出し処理するΔＩＩＩ定方法において
、 コンクリートの表面等の前記強磁性物体の上方に走査す
るためのＵ字形載置用磁石がａ置されることと、 前記磁石の磁極間の磁場の該表面に直角な垂直成分の強
さの走査曲線が該表面にそって走査検出され記憶される
ことと、 該強磁性物体の不在時に、前記磁石の両磁極間の該表面
における磁場の垂直成分の走査曲線と校正曲線とが検出
され記憶され、前記校正曲線は励磁電流に依存して磁極
間に励起磁場強度を有することと： 前記両走査曲線から差曲線が形成され、２つの極値の差
から該表面と該強磁性物体の中心との距離が決定される
ことと：および 前記２つの極値の前記差と、該磁場の前記２つの極値の
一方に関連する値と、および前記校正曲線から得られる
前記強磁性物体の位置における励起磁場強度とから、前
記強磁性物体の直径並びにこれにより前記強磁性物体の
該表面と前記非磁性体材料の該表面との距離とが決定さ
れることとを特徴とする。

上記方法を実施するための装置は、ａ音用磁石のＵ字形
ヨーク上に直流電流を供給される励磁コイルを備え、該
コイルの磁極片間には該蔵置平面に直角な該磁場の垂直
成分のための走査装置が該磁極間に設けられ、処理装置
に接続されていることを特徴とする。

本発明の目的に適当な更に詳細な実施例と形態は従属特
許請求範囲において特徴づけられる。なお請求の範囲に
付記した図面参照符号は、理解を助けるためであり図示
の態様に必ずしも制限することを意図しない。

（好適な実施の態様） 次に本発すＪｔ実施例に従って詳述する。

第１図はＵ字形ヨーク２を備えた載ご用磁石ｌの概略断
面図であって、該磁石１上には直流電流に接続可能な励
磁コイル３が巻かれている。励磁コイル３が図示されな
い直流電流に接続されると、載置用磁石１の磁極片４，
５間に磁気的に定常な場の形で磁場６が形成される。図
中にＳで示す南極とＮで示す北極との位置は励磁コイル
３に接続された直流電流の極性に依存する。磁極片４．
５間のある固定位置における磁場６の強さは励磁コイル
３の電流強度に応じて線型に増加する。６ａ場６は空間
的には一様でないが、ヨーク２の参照符号７で示す対称
軸に関しては対称的である。

・ｌｉｉ用磁石１が強磁性物体特に補強材または鉄筋を
含まないコンクリート９の表面８上に１ｔｉ２１された
場合には、第１図に示す磁場６の状態は変化しない、従
って第１図に示す磁場６の状態はコンクリート中でも空
気中でも同一である。

第２図は磁極片４，５の平面図を磁極片４．５間に直線
的に延びる走査経路１０と共に示す０表面８上の走査経
路ｌＯに位置座標Ｘを関連づければ１表面８に直角方向
の磁場６の垂直成分は、第２図に示された磁場強さの走
査曲線１１となる。

垂直成分の大きさはＸの関数として表わされＨ，１ｒ（
Ｘ）で示される。第１図の矢印１ｚの方向は第２図で明
らかなように対称軸７の左側では！ｈ直酸成分正の値に
、対称軸の右側では垂直成分の負の値に対応する。

第３図は第１図に関連して説明された部分を同一の参照
番号で示す、第３５４においては１表面８の下方に鉄筋
１４が対称軸７上に示されている。

鉄筋１４は図に示された直径ｄを持つ。

第３図に示すように磁場６の領域内において、補強用鉄
筋１４がコンクリート９内に存在すると、鉄ｆｆＪ１４
はその長袖に直角に磁場６を生ずる。この場合磁化され
得る鉄筋１４は動磁場として作用する。磁＃４６に線型
的に重なる磁場強ざＨｓの漂遊磁場１５を生じて反応を
示す、？Ｗｍ磁場１５は第３図から直ちに分るように双
極子磁場の特性を有する。

磁場６と？？ｌＴＬ磁場１５の重なりによって生成され
る総磁場を走査するために、第７図に概略図を示す磁場
検出部１６が第４図に示される磁極片４．５間の走査経
路ｌＯにそってコンクリート９の表面８上を案内される
と１重直成分に関して、第２図に検査手順工に対して示
される走査曲線１１の代りに、検査手順ＩＩに対して第
４図に示される垂直成分ＨＮ１１（ｘ）を持つ走査曲線
１７が得られる。走査曲線１１と１７はその変化の点で
明らかに相異している。励起磁場６と漂遊磁場１５の重
ね合せによる磁場の検出に使用される磁場検出部１６は
１合成（ａ　ＩＪ４の垂直成分にのみ応答するように方
向づけられたホール効果検出器でもよい。

第５図は漂遊磁場１５の走査曲線ｉ−ｔ、、（ｘ）を示
す、ＨＮｓ（ｘ）は第３図に示されたコンクリート被覆
の厚さＹｕと、鉄筋直径ｄと、鉄筋の位置つまり表面８
から（Ｙ　ｕ　＋　ｄ　／　２　）の距離における励起
磁場強さＨとだけから決定される。走査面１１ＨＮｓ（
Ｘ）または漂遊磁場曲線は走査曲線１７と１１のａｔ−
ｍることによって導けるので以降走査差曲線または差向
線と呼ぶ。

コンクリート８内に埋設された鉄筋１４に対する差向＆
１ｉ１８の関係を第５図と第６図に示す。

垂直成分の大きさを示す差向＆ａ１８と鉄筋の直径ｄと
の関係は第５図に示す垂直成分の差向線１８の最大値Ｍ
ａｔと最小値Ｍａｎとの差から得られる。ｉ！！曲線１
８の最大値と最小値の位置は励起磁場６の振幅Ｈには依
存しない０両極値間のＸ軸に沿っての距離をデルタ（Δ
）Ｘとして表わせば、鉄１１１１４の中心とコンクリー
ト９の表面８との距離は以下のように示される。

鉄筋１４の直径ｄに関しては次式が成ケする。

上式においてＨは鉄筋の位１　（Ｙ　１４　＋　ｄ　／
　２　）での励起磁場強さである。Ｆａ磁場強Ｈはヨー
ク寸法（形状）に依存し、使用される各ヨークに対して
空気中で更に励磁コイル３内の各電波強度Ｉに対して対
称軸上でかつ距離として検査されるべき（Ｙｕ＋ｄ／２
）に関して決定され、校正曲線に組込まれねばならない
、ｉｌｔ流強度Ｉは励起磁場強度Ｈに対して線型係数の
関係にある。

第１図の装置において対称軸にそって鉄筋中心までの全
ての距離に関して励起磁場強さＨが校正曲線に組込まれ
れば、式（１）を用いて鉄筋中心までの距離がΔＸから
決定され、この距離に対応する励起磁場強さの値Ｈは最
大値ＭａｎとΔＸに絢する値と共に式（２）に代入され
てｄ２を決定する。これによって式（１）と（２）から
被覆の厚ざＹｕが直接得られる。

以上の説明から、強磁性体鉄筋材料の磁気的に均一な場
に対する影響を検出し処理することによって、コンクリ
ート内の＃的の未知の直径とコンクリート被覆の未知の
厚さとを短い処理ステップで測定できることが示された
。このためには検査夕４象のコンクリート９を上記装置
用磁石１で走査する必要がある。続いて磁極片４，５間
の磁場６．５の表面８に直角方向の垂直成分の走査曲線
１７が該表面８にそって検出され記憶される。載置用磁
石１の取外し後、強磁性物体の不在時に磁極片４，５間
の磁場６の垂直成分の走査曲線１１が検出され記憶され
る。この場合上記磁場検出部１６またはホール効果検出
装置を使用し得る。更に、励ｒ！ｉ電流と各ヨーク寸法
に依存する磁極片４．５間の励起磁場強さＨを含む校正
曲線を検出し記憶する必要がある。検出された測定値の
処理のため走査曲線１７と１１から差向線１８が形成さ
れ、ΔＸとして示した両極値の差から、式（１）を用い
て鉄筋中心とコンクリート９の表面８との距離を決定す
る。最後に両極値の差から、すなわち、例えば値Ｍａｘ
と、鉄筋中心位置での励起磁場強さに対して校正曲線か
ら得られた値Ｈとから、式（２）を用いて鉄筋の直径ｄ
が決定される。鉄筋の半径分だけ短い被覆の厚さＹｕは
最終的には単純に差を求めることで得られる。

第７図はコンクリート９の表面８上の走査径路ｌＯにそ
って重なりによって形成される磁場の検出のための走査
装置２０の概略図である。

走査装置２０は磁極片４．５間に案内棒２１を持ち、案
内棒２１−ヒには検出部保持装置２２が案内棒２１上の
摺動軸受によって磁極片４．５間で縦方向に移送可能に
案内される。検出部保持装置２２上には上記磁場検出部
１６が設けられ図示されない電気導体を介して以下に説
ｆＪ］する処理装置に接続される。

検出部保持装置２２はステッピングモータ２３によって
磁極片４．５間で移送されるので、走査径路１０にそっ
て任７αのＸ座標が制御され得る。

このために、ステッピングモータ２３の軸は、検出部保
持装置２２に対するウォー１、歯車駆動部を形成するた
めにウオーム山車シャフト２４に連結される。磁極片４
．５の間の磁場検出部１６の位とは、走査装置２０の寸
法とステッピングモータ２３に供給されステッピングモ
ータ２３を一定のステッピング角だけ回転させるクロッ
クパルスとから決定される。磁場検出部１６の位置はス
テッピング回数とウオーム歯車２４の駆動に依存する１
ステップ当りの検出部推進量とから、ヨーク２の腕部分
に相対的な値として得られる。ステッピング回数は処理
装置のメモリ内に位置座標として記憶されてもよいしま
たは個々のステッピング用クロックをメモリ番地を進め
るために使用してもよい。

第７図では機械的に処理可能な走査装置を示したが、第
８図に示す走査装置は各々垂直成分に応動する複数個の
磁場検出部３１を含む検出部支持装置３０を有する。

走査曲線１７を得るため、個々の磁場検出部３１から送
出された値は電気的クロック処理と多重化処理を介して
処理装置の入力に供給される。

個々の磁場検出部３１の順次的クロック処理に加えて、
全ての強さ値を並列的に検出し記憶することも可能であ
る。順次走査の場合、例えば各クロックによって、走査
曲線１７に対するメモリのＩＪｉ番地への切替を行なう
ため、個々の磁場検出部３１間の切替時に使用されるク
ロックを位置情報に関係づけるように装置を構成しても
よい、クロック数をディジタルの第１信号としてメモリ
に供給し、これに強さ値を第２デイジタル信号として関
係づけることも可能である。

垂直成分の検出のために個々の磁場測定部３１を密に列
へた第８図の構成は第７図の機械的構成に汗通みられる
機械部材の待ちと機械構成の低速度に関する欠点を除去
する。

既述の方法を実施するためおよび第７図に示す走査装置
２０から供給される信号を処理するための処理装置を第
９図に示す。走査装置２ｏの磁場測定部１６は走査曲線
１１．１７のアナログ値を対応するディジタル値に変換
するアナログ／ディジタル変換器４０に結合される。ア
ナログ／ディジタル変換器４０の出力は゛心子切科器４
１に接続される。検査ステップＩにおいてヨーク２を高
位置にした場合磁場ａ＋一定部ｌ６のディジタル信号は
第１メモリ４２へ達する。検査ステップＩＩにおいてヨ
ークを小装置した場合磁場測定部１６のディジタル値−
）は９ノ基器４１を介して第２メモリ４３に達する。従
って第１メモリ４２は走査曲線１１の複数個の走査点の
ためのメモリとなり、第２メモリ４３は走査曲線１７の
複数個の走査点のためのメモリとなる。この場合記憶さ
れた値は各々重置成分を示し、Ｘ座標に対応した値は他
のメモリ４４に保持されるが、またはメモリ４２．４３
の番地指定することによって決定される。後者の場合、
走査された縦座標値は連続的にメモリ４２゜４３に記憶
されるが、ここで位置情報は各番地に従って決定される
。

メモリ４２．４３の出力は減算回路（手段）４５の内入
力に結合される。減算回路４５は上記走査曲線１７と名
初説明した走査曲線１１との差を形成する。減算回路４
５の出力には差曲線１８の各々の値が現われるので、順
次的にメモリ４２．４３を制御することで差曲線１８の
全体を減算回路４５の出力に得ることができる。

減算回路４５の出力は差曲線１８の記憶域のための差メ
モリ４６に結合される。

処理計算装置４７は差メモリ４６にアクセスし、これに
よって−上記の式（１）と（２）を川（、Ｘで、差メモ
リ（４６）に記憶された差曲線１８のデータから鉄筋１
４の直径ｄと被覆の厚さＹｕを決定できる。更に処理計
算装置４７によって差曲線１８の最大値と最小値が先ず
決定され続１．Ｘで別に記憶されたまたは番地情報から
決定された位置座標を考慮して最大値と最小値間の間隔
ΔＸが得られる。

式（１）と（２）から計算された値は次に被覆の厚さの
ための表示装２１４８と直径用表示装置４９とに表示さ
れる。

第９図から分るように処理計算装置４７には校正メモリ
５０が備えられ、該校正メモリ５０は鉄筋の各種距離に
対して電流強度工とヨーク２の各々固定のヨーク寸法と
を考慮した磁場強さＨを保持する。

第７図の走査装ｆｉ２０のための処理装置を第９図に示
し、第８図の検出部支持袋２ｔ３０を持つ走査装置２０
のためのあ理装置を第１０図に示す。

該支持装置３０上には複数個の磁場測定部３１が例えば
等間隔で配列される。

個々の磁場検出部３１はマルチプレクサ６０の入力に結
合され、マルチプレクサ６０はこれらの磁場検出部３１
をアナログ／ディジタル変換器４０の入力に順次接続す
る。第９図の実施例に対応して、アナログ／ディジタル
変換器４０は電子切付器４１に結合される０個々の磁場
検出部３１で検出された垂直成分は切替器４１を介して
、検査ステップエでは第１メモリ４２に、検査ステップ
１１では第２メモリ４３に達する。走査経路に関する位
置情報は個々の磁場検出部３１をクロック処理するマル
チプレクサ６０のクロック数によって得られる。

第９図の実施例に対応して第１０図の実施例でもメモリ
４２．４３の出力は漂Ｍ磁場曲線ＨＮｓ（Ｘ）および差
曲線１８が記憶された差メモリ４６に結合される。鉄筋
中心から表面８への各距離に対して校正メモリ５０に記
ｔαされた磁場強さＨを考慮して、処理計算装置４７は
差メモリ４６に含まれる測定値を処理して、被覆の厚さ
のだめの表示装置４８と鉄筋１４の直径のための表示装
置４９とに計算結果を表示する。

（発明の効果） 本発明によれば、校正部材または比較部材を必要とせず
に被覆の厚さとコンクリートに埋設された鉄筋直径を同
時に測定することが可能であり、高い測定精度により迅
速測定可詣であり装青的にも簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための載置用磁石の横
方向断面図を強磁性体の不在時の磁場と共に示す。 第２図は第１図の載置用磁石の磁極片の平面図を磁場変
化に対する走査曲線と共に示す。 第３図は第１図に対応する図でここでは鉄筋が走査用磁
石の対称軸上を磁場を横切って延長している。 第４図は該磁場内の強磁性物体の案内昨における走査曲
線の変化を評価するための図で第２図に対応している。 第５図は鉄筋によって形成された漂′Ｍ磁場曲線を示す
。 第６図は載置用磁石の磁極片間に設けられた走査経路を
示す。 第７図は機械的処理可使な磁場検出部を持つ走査装置を
示す。 第８図は検出部アレー支持部に設けられた複数個の別個
の磁場検出部を持つ走査装とを示す。 第９図は第７図の走査装置に接続するための処理装置を
示す。 第１０図は第８図の走査装置に接続するための処理装置
を示す。 出願人　フラウンホーファーーゲゼルシャフトツール　
フェルデルング　デア アンゲヴアンテン　フォルシュング エー、ファウ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コンクリート内の鉄筋の直径およびコンクリート被
   覆の厚さの測定等のための非磁性体材料内に埋設された
   強磁性物体の測定方法であって、磁場に対する強磁性物
   体の影響を検出し処理する測定方法において、 コンクリートの表面等の前記強磁性物体の上方に走査す
   るためのＵ字形載置用磁石が載置されることと、 前記磁石の磁極間の磁場の該表面に直角な垂直成分の強
   さの走査曲線が該表面にそって走査検出され記憶される
   ことと、 該強磁性物体の不在時に、前記磁石の両磁極間の該表面
   における磁場の垂直成分の走査曲線と校正曲線とが検出
   され記憶され、前記校正曲線は励磁電流に依存して磁極
   間に励起磁場強度を有することと； 前記両走査曲線から差曲線が形成され、２つの極値の差
   から該表面と該強磁性物体の中心との距離が決定される
   ことと；および 前記２つの極値の前記差と、該磁場の前記２つの極値の
   一方に関連する値と、および前記校正曲線から得られる
   前記強磁性物体の位置における励起磁場強度とから、前
   記強磁性物体の直径並びにこれにより前記強磁性物体の
   該表面と前記非磁性体材料の該表面との距離とが決定さ
   れることとを特徴とする測定方法。 ２）コンクリート内の鉄筋の直径およびコンクリート被
   覆の厚さの測定等のための非磁性体材料内に埋設された
   強磁性物体の測定装置であって、磁場に対する強磁性物
   体の影響を検出し処理する測定装置において該装置は、 載置用磁石（１）のＵ字形ヨーク（２）上に直流電流を
   供給される励磁コイル（３）を備え、該コイルの磁極片
   （４、５）間には該載置平面（８）に直角な該磁場（６
   、１５）の垂直成分のための走査装置（２０）が該磁極
   （４、５）間に設けられ、処理装置（４０〜６０）に接
   続されていることを特徴とする非磁性体材料内に配置さ
   れた強磁性物体の測定装置。 ３）特許請求の範囲第２項に記載の装置において前記処
   理装置は、アナログ／ディジタル変換器と、走査によっ
   て得られた走査曲線（１１、１７、１８）用の連続制御
   可能なメモリ（４２、４３、４６）とを含むことを特徴
   とする測定装置。 ４）特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の装置にお
   いて、該装置は、検査対象の該強磁性物体の不在時に得
   られる第１の走査曲線（１７）と該強磁性物体の存在時
   に得られる第２の走査曲線（１７）の差曲線（１８）を
   得るための減算回路（４５）を設けたことを特徴とする
   測定装置。 ５）特許請求の範囲第４項に記載の装置において、該装
   置は、 前記減算回路（４５）の出力は該差曲線メモリ（４６）
   に結合され、該メモリの出力は校正メモリ（５０）を備
   えた計算手段（４７）に供給され、該計算手段は前記校
   正メモリ（５０）から得られた値を考慮して該走査曲線
   （１８）を処理することによって、該非磁性体材料（９
   ）の被覆の厚さ（Ｙｕ）と該強磁性物体（１４）の直径
   （ｄ）とを決定することを特徴とする測定装置。 ６）特許請求の範囲第５項に記載の装置において、該装
   置は、 前記計算手段（４７）が該コンクリート被覆の厚さ用の
   表示装置（４８）と該鉄筋直径用の表示装置（４９）と
   を備えたことを特徴とする測定装置。 ７）特許請求の範囲第２項に記載の装置において、該装
   置は、 磁場検出部（１６）を備えた検出部保持装置（２２）が
   前記磁極片（４、５）間に設けられ、該保持装置（２２
   ）は前記磁極片（４、５）間の案内棒（２１）上に案内
   され、ステッピングモータ（２３）によって駆動される
   ウォーム歯車駆動部（２４）によって移送され得ること
   を特徴とする測定装置。 ８）特許請求の範囲第２項に記載の装置において、該装
   置は、 検出部アレー支持部（３０）を前記磁極片 （４、５）間に備え、該支持部（３０）は個々の磁場検
   出部（３１）の線型配列を有し、該配列の出力信号が走
   査可能にされることを特徴とする測定装置。 ９）特許請求の範囲第７項または第８項に記載の装置に
   おいて、該装置は、 該磁場検出部（１６、３１）によって走査された磁場状
   態が、磁場状態（６、１１、１７、１８）の数値化され
   た個々の値を複数個含む順次記憶によって得られること
   を特徴とする測定装置。 １０）前記磁極片（４、５）間の距離が調節可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の測定装
   置。